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23.1: Was sind Osmoregulation und Ausscheidung?
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What Are Osmoregulation and Excretion?
 
PROTOKOLLE

23.1: What Are Osmoregulation and Excretion?

23.1: Was sind Osmoregulation und Ausscheidung?

Organisms must keep bodily fluids at a constant temperature and pH while maintaining specific solute concentrations in order to support life functions. Osmoregulation is the process that balances solute and water levels.

Osmosis is the tendency of water to move from solutions with lower ion concentrations, or osmolarities, to those with higher ion concentrations. Osmosis occurs in response to differences in the molecular concentrations of solutions separated by a semipermeable membrane.

Bodily fluids, which are separated by such membranes, contain water, non-electrolytes, and electrolytes—solutes that dissolve into ions in water. Both electrolytes and non-electrolytes influence osmotic balance. However, since the more important factor to osmosis is solute number, rather than size, the contribution of electrolytes is more significant.

Unlike water, electrolytes cannot diffuse passively through membranes but rely on facilitated diffusion and active transport. In facilitated diffusion, protein-based channels move solutes across membranes. Conversely, energy is used to move ions against concentration gradients in active transport.

When animals ingest food, material that cannot be used is excreted from the body. Excretory systems in nature involve tradeoffs between conserving energy and water.

Nitrogen is among the most significant kinds of waste in the body. Excess nitrogen forms ammonia, which is toxic and must be discarded. Some animals directly excrete ammonia; others first convert it into urea or uric acid, which are less toxic. Ammonia conversion requires more energy than direct excretion, however, it conserves more water.

Transport epithelia often mediate osmoregulation and excretion. These specialized cells move solutes and are found in excretory organs throughout the animal kingdom: from insect Malpighian tubules to fish gills to vertebrate kidneys.

Typically organized in tube-shaped networks with large surface areas, transport epithelia often assist with both water balance and waste removal. For example, some seabirds have nasal glands that remove salt from the blood and excrete it from the nostrils, enabling them to consume seawater.

Um ihre Lebensfunktionen erhalten zu können, müssen die Organismen ihre Körperflüssigkeiten in konstanten Temperaturen und konstantem pH-Wert halten und gleichzeitig spezifische Konzentrationen gelöster Stoffe beibehalten. Die Osmoregulation ist der Prozess, der den Gehalt an gelösten Stoffen und Wasser ausgleicht.

Osmose ist die Neigung des Wassers, sich von Lösungen mit niedrigeren Ionenkonzentrationen oder Osmolaritäten zu solchen mit höheren Ionenkonzentrationen zu bewegen. Osmose entsteht als Reaktion auf Unterschiede in den molekularen Konzentrationen von Lösungen, die durch eine semipermeable Membran getrennt sind.

Durch solche Membranen getrennte Körperflüssigkeiten enthalten Wasser, Nicht-Elektrolyte und gelöste Elektrolyte, die sich in Wasser in Ionen auflösen. Sowohl Elektrolyte als auch Nicht-Elektrolyte beeinflussen das osmotische Gleichgewicht. Da jedoch der wichtigere Faktor für die Osmose die Anzahl der gelösten Stoffe und nicht die Größe ist, ist der Beitrag der Elektrolyte bedeutender.

Im Gegensatz zu Wasser können Elektrolyte nicht passiv durch Membranen diffundieren, sondern sind auf erleichterte Diffusion und aktiven Transport angewiesen. Bei der erleichterten Diffusion bewegen Kanäle auf Proteinbasis gelöste Stoffe durch die Membranen. Umgekehrt wird Energie verwendet, um Ionen gegen Konzentrationsgradienten beim aktiven Transport zu bewegen.

Wenn Tiere Nahrung zu sich nehmen, wird nicht verwertbares Material aus dem Körper ausgeschieden. Die Ausscheidungssysteme in der Natur beinhalten Kompromisse zwischen Energie-und Wassereinsparung.

Stickstoff gehört zu den wichtigsten Abfallstoffen im Körper. Überschüssiger Stickstoff bildet Ammoniak, das toxisch ist und daher ausgesondert werden muss. Einige Tiere scheiden Ammoniak direkt aus, andere wandeln es zunächst in Harnstoff oder Harnsäure um, die weniger giftig sind. Die Umwandlung von Ammoniak erfordert mehr Energie als die direkte Ausscheidung, spart aber mehr Wasser.

Transport-Epithelien vermitteln oft Osmoregulation und Ausscheidung. Diese spezialisierten Zellen bewegen gelöste Stoffe und sind in den Ausscheidungsorganen des gesamten Tierreichs zu finden. Man findet sie in den Malpighia-Tubuli der Insekten, in den Kiemen der Fische bis hin zu den Nieren von Wirbeltieren.

Typischerweise in röhrenförmigen Netzwerken mit großer Oberfläche organisiert, helfen die Transportepithelien oft sowohl beim Wasserhaushalt als auch bei der Abfallbeseitigung. Einige Seevögel haben zum Beispiel Nasendrüsen, die Salz aus dem Blut entfernen und es aus den Nasenlöchern ausscheiden, so dass sie Meerwasser aufnehmen können.


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